GPS和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供全球范圍內(nèi)的高精度時(shí)間信息。這些系統(tǒng)利用原子鐘技術(shù)，能夠提供納秒級(jí)的時(shí)間精度，為高精度時(shí)間同步提供了可靠的時(shí)間源。本文介紹了上海兆越通訊推出的基于GPS/北斗的高精度PTP對(duì)時(shí)系統(tǒng)的MWG-2620-PTP主時(shí)鐘與MIE-2820-PTP交換機(jī)在PTP對(duì)時(shí)中的應(yīng)用方案，可適用于智能交通的路側(cè)設(shè)備精準(zhǔn)對(duì)時(shí)、工業(yè)控制對(duì)時(shí)、移動(dòng)通信等多個(gè)領(lǐng)域中。

　　文/上海兆越通訊技術(shù)有限公司

　　PTP協(xié)議是一種用于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的協(xié)議，它能夠在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步。PTP協(xié)議利用以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，將高精度時(shí)間信息從時(shí)間源分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備。

　　GPS和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供全球范圍內(nèi)的高精度時(shí)間信息。這些系統(tǒng)利用原子鐘技術(shù)，能夠提供納秒級(jí)的時(shí)間精度，為高精度時(shí)間同步提供了可靠的時(shí)間源。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等科技技術(shù)的發(fā)展，對(duì)時(shí)間同步的需求也越來(lái)越高。為了滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)高精度時(shí)間同步的迫切需求，上海兆越通訊推出基于GPS/北斗的高精度PTP對(duì)時(shí)系統(tǒng)的MWG-2620-PTP主時(shí)鐘與MIE-2820-PTP交換機(jī)在PTP對(duì)時(shí)中的應(yīng)用方案，確保網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的時(shí)間同步，適用于智能交通的路側(cè)設(shè)備精準(zhǔn)對(duì)時(shí)、工業(yè)控制對(duì)時(shí)、移動(dòng)通信等多個(gè)領(lǐng)域。

　　1 面臨的挑戰(zhàn)

　　當(dāng)前PTP對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，大部分是基于網(wǎng)絡(luò)層級(jí)對(duì)時(shí)，在實(shí)際使用過(guò)程中，存在著如下問(wèn)題：

　　(1)主時(shí)鐘負(fù)載過(guò)重：在使用TC對(duì)時(shí)模式時(shí)，因網(wǎng)絡(luò)中對(duì)時(shí)終端較多，主時(shí)鐘面對(duì)大量終端時(shí)，負(fù)載過(guò)重，導(dǎo)致對(duì)時(shí)精度無(wú)法保障(見(jiàn)圖1)。

　　圖1

　　(2)BC模式對(duì)時(shí)精度不足：采用交換機(jī)作為BC模式進(jìn)行對(duì)時(shí)，可減輕主時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，但會(huì)增加對(duì)時(shí)誤差，目前普遍的理想誤差是100ns/跳。存在多跳B(niǎo)C時(shí)，對(duì)時(shí)誤差累計(jì)，無(wú)法完全滿足對(duì)時(shí)精度要求(見(jiàn)圖2)。

　　圖2

　　(3)PTP主時(shí)鐘成本過(guò)高：當(dāng)前PTP主時(shí)鐘成本仍較高，因成本壓力無(wú)法分散式布署。

　　(4)小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)實(shí)施成本過(guò)高：因PTP主時(shí)鐘成本較高，對(duì)于小規(guī)模PTP對(duì)時(shí)應(yīng)用，難以負(fù)擔(dān)昂貴的PTP主時(shí)鐘成本(見(jiàn)圖3)。

　　圖3

　　2　兆越方案

　　本解決方案使用了基于GPS/北斗的小型PTP主時(shí)鐘，將PTP主時(shí)鐘分散式布署，并在可部署小型化網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景組建小型PTP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施方案如下：

　　(1)分散式部署方式

　　在各匯聚交換機(jī)位置，增加MWG-2620-PTP主時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)分散式部署，一是可以提高區(qū)域部分終端的對(duì)時(shí)精度，二是可作為備份時(shí)鐘使用。

　　MWG-2620-PTP內(nèi)置高精度GPS/北斗對(duì)時(shí)模塊，通過(guò)天線接收衛(wèi)星信號(hào)，授時(shí)精度可達(dá)20ns。設(shè)備接收到衛(wèi)星時(shí)間后，將其作為基準(zhǔn)時(shí)間，通過(guò)PTP協(xié)議進(jìn)行分發(fā)(見(jiàn)圖4)。

　　圖4

　　(2)小型網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立高精度PTP組網(wǎng)

　　用MWG-2620-PTP和MIE-2820-PTP交換機(jī)，可實(shí)現(xiàn)小型化的PTP組網(wǎng)。該方案的核心設(shè)備為MWG-2620-PTP，通過(guò)其內(nèi)置的GPS/北斗對(duì)時(shí)模塊接收衛(wèi)星時(shí)間信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步。MWG-2620-PTP作為PTP主時(shí)鐘，將同步后的時(shí)間通過(guò)PTP協(xié)議分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端設(shè)備。MIE-2820-PTP交換機(jī)則作為PTP網(wǎng)絡(luò)中的中繼設(shè)備，確保時(shí)間信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中的準(zhǔn)確傳遞(見(jiàn)圖5)。

　　圖5

　　3　方案優(yōu)勢(shì)

　　l 實(shí)現(xiàn)了基于GPS/北斗的高精度對(duì)時(shí);

　　l 實(shí)現(xiàn)主時(shí)鐘分散化布署，提高各區(qū)域網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)精度;

　　l 在小型PTP對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中，可極大地降低主時(shí)鐘成本;

　　l 工業(yè)級(jí)設(shè)備，可適應(yīng)各類工業(yè)環(huán)境，適應(yīng)性好。

　　4　產(chǎn)品介紹

　　(1)MWG-2620-PTP　集成GPS/北斗的高精度PTP時(shí)鐘服務(wù)器

　?、貵PS/北斗對(duì)時(shí)模塊：實(shí)現(xiàn)高精度的衛(wèi)星授時(shí)。

　?、赑TP對(duì)時(shí)功能：支持PTP協(xié)議(IEEE 1588)，能夠作為PTP主時(shí)鐘為網(wǎng)絡(luò)中各終端設(shè)備提供精準(zhǔn)的時(shí)間同步。

　?、鄱喾N模式支持：支持主時(shí)鐘(Master)、邊界時(shí)鐘(BC)、透明時(shí)鐘(TC)模式，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

　?、芨呔葘?duì)時(shí)：GPS授時(shí)精度可達(dá)20ns，PTP對(duì)時(shí)精度可達(dá)100ns。

　?、莨╇婋妷海篋C12/24V。

　?、薨惭b方式：壁掛式或卡軌式，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行選擇。

　　(2)MIE-2820-PTP　PTP對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

　?、費(fèi)IE-2820-PTP交換機(jī)是一款高性能網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，支持PTP對(duì)時(shí)的BC/TC工作模式，可以與MWG-2620-PTP配合使用，構(gòu)建高精度的PTP對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)基于GPS/北斗的高精度PTP對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。

　?、诟呔葧r(shí)間同步：集成GPS接收器，能夠接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的精準(zhǔn)原子鐘時(shí)間信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備納秒級(jí)別的高精度時(shí)間同步，確保分布式系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格同步。

　?、蹖?shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制：支持IEEE 1588v2精確時(shí)間同步協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)微秒甚至納秒級(jí)別的精確時(shí)間同步。

　?、芫珳?zhǔn)時(shí)間戳：協(xié)議允許設(shè)備之間精確傳遞時(shí)間戳信息，能夠準(zhǔn)確測(cè)量和控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理。

　?、荻嗵该鲿r(shí)鐘支持：支持E2E(End-to-End)透明時(shí)鐘和P2P(Peer-to-Peer)透明時(shí)鐘模式，能夠在不引入額外延遲的情況下修正時(shí)鐘誤差，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步更加準(zhǔn)確。

　　5　應(yīng)用場(chǎng)景

　　(1)智能交通

　　在智能交通系統(tǒng)中，路側(cè)設(shè)備需要精準(zhǔn)的時(shí)間同步以確保交通信息的準(zhǔn)確采集和傳輸。MWG-2620-PTP可作為主時(shí)鐘設(shè)備，向各路側(cè)設(shè)備提供高精度時(shí)間信號(hào)，提高系統(tǒng)的整體效率和安全性。

　　(2)工業(yè)控制

　　工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步的要求極高，以確保各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)一致。通過(guò)MWG-2620-PTP和MIE-2820-PTP交換機(jī)的組合，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的高精度時(shí)間同步，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　(3)移動(dòng)通信

　　在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站之間的時(shí)間同步至關(guān)重要。MWG-2620-PTP作為PTP主時(shí)鐘設(shè)備，能夠?yàn)榛咎峁└呔鹊臅r(shí)間同步服務(wù)，確保通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效數(shù)據(jù)傳輸。